公路隧道洞口位置选择

魏平宽

(山西省公路局，山西太原 030006)

近年来，交通事业发展迅速，越来越多的公路已经通向大山深处，隧道由于能缩短线路、改善线形，避免对山体的大开大挖，保护环境，在山岭公路建设中出现的越来越多。洞口是洞身和洞外衔接的最主要的部分，作为进出隧道的咽喉和施工的主要通道，范围较小，移动面窄，有关工程集中，且常在路线转换方向的附近，因此在隧道定线时，若不充分注意，仅照顾了洞身的位置条件，而忽视了洞口位置的选择和对洞外有关工作的处理，将对隧道的施工工期、质量和安全有着重大的影响，所以在隧道线路设计中，洞口位置的选择是一项很重要的工作。本文就隧道设计中如何选择洞口位置进行了探讨。

1)洞口位置尽可能设在山体稳定、地质条件良好的地方，并坚持“早进洞，晚出洞”的原则。洞口是洞身和外界衔接的重要通道，位置极其特殊，这就决定了洞口位置选择的难度，同时也增加了洞口施工的难度。洞口位置选择的好，不但能够降低洞口进洞的难度，更为重要的是可以保证隧道进洞的安全。一般来讲，洞口段地质条件复杂，围岩破碎，岩体完整程度较差，节理、裂隙、层面较多，结构松散、碎裂，岩石坚硬程度也随之降低，多以风化岩为主，这些因素往往会诱发崩塌，甚至会导致滑坡。因此洞口的最佳位置是设在山体稳定、地质条件良好的地段，避开滑坡、崩塌等不良地段。但往往在实际设计过程中，洞口位置选择不但要考虑洞外边、仰坡的稳定性，而且还要结合洞外相关工程和施工难易程度，通过技术经济比较而定，避免为了迁就选择地质条件好的洞口位置，而不考虑整个洞身的围岩状况，造成整个洞身穿越的地层，地质情况复杂多变，围岩级别较差，施工困难，危及施工和运营安全，需要通过提高支护参数等级，加强支护，增加投资来保证施工和运营的安全。而“早进洞，晚出洞”是隧道施工中经常提到的一个原则，既隧道宜长不宜短。适当延长洞口隧道明洞的长度，可以避免大开大挖造成的弃方增加和植被破坏，保护原有的地表形态，保证洞口山体不受扰动，这样，最大限度地保护了洞口段围岩的稳定性，减少了对边、仰坡防护和加固，符合对围岩“少扰动”的原则，也符合环保的理念，保证了隧道进洞的安全。

2)洞口的中线宜与地形等高线正交或接近正交。隧道进洞是正交方式、斜交方式还是以平行方式与坡面交叉，也是在洞口设计中需要考虑的一个重要因素。进洞时，隧道洞口的中线与等高线交叉角度过小，开挖后增加了不同层理岩体的临空面，使过多的不同岩性、不同岩石强度的围岩暴露在外，这对判定围岩的级别造成了一定的困难。各类不同围岩的变形和松弛程度不一样，自稳性能差异也比较大，有的变形小，松弛范围小，有的变形大，松弛范围大，增加了准确划分围岩级别的难度。与此同时，设计人员也不容易在设计中选择合理的设计参数，要么偏保守，设计过于豪华，不能充分发挥围岩自身的强度和自稳性能，造成不必要的浪费;要么考虑不足，对围岩的强度和自稳性能过于乐观，支护参数选择偏弱，支护强度不够，为安全施工带来了困难，施工中围岩分级变化也在所难免，对工程投资产生了重大的影响。不同岩性、不同岩石强度的围岩裸露在外，对围岩扰动大，与少扰动围岩的思想背道而驰，并且不同层理岩体因覆盖层薄厚和临空面大小不同，岩石强度的不同和岩石自稳性能的差异，容易造成洞口偏压，原有的山体平衡遭到破坏，需要清理洞口上方及侧方有可能滑塌的表土、植被和山坡危石，按照设计的边坡坡率刷坡，刷坡高度将可能达到十来米、几十米，甚至更高，增加了弃方和弃方运输成本，也为洞顶上的仰坡增加了防护工程量和防护难度。洞口上部岩层如果是顺层走向，不同岩性接触面的摩擦状况不同，摩擦系数也不同，洞口上部土体由于开挖产生临空面，缺少了支撑，很容易在摩擦系数小的层面出现问题，诱发山体滑坡，或滑动趋势有加大的倾向，需要先对山体滑坡进行加固处治，保证山体的稳定，才能进洞。滑坡在工程建设中的处治本来就很麻烦、复杂，既费钱又费事，处治不彻底，山体随时有可能沿着滑动面滑动，进洞安全难以保证，难度可想而知。进洞施工时，难免要开挖、放炮产生振动，即便洞顶的滑坡处治很彻底，振动给滑坡带来的影响也很大，贸然进洞也存在很大的风险。洞口段围岩没有得到有效的保护，受到外界的干扰和扰动，围岩的松动范围因为偏压而将不断扩大，自稳性能也随之下降，严重影响施工安全。而如果隧道中线与地形等高线平行时，隧道穿越较长区段内较薄的单边覆盖层，更容易造成偏压，这种情况应尽量避免。

3)洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，且洞口高程应在洪水位以上。一般来讲，垭口沟谷在地质构造上是最薄弱的一环，节理发育，常会遇到断层、褶皱、冲击土等松散地质，地质构造大多较为软弱、破碎，地质条件复杂多变，常常是问题最多、病害最多、施工最困难的地方。洞口段路堑一旦开挖，山体原有的平衡体系被打破，洞口段边坡、仰坡因开挖暴露在外的临空面失去支撑，难以维持原有平衡，山体有垮塌、滑塌的趋势，严重影响着进洞安全，也给施工带来了很大的风险，需要对边坡、仰坡进行加固处理，才能进洞，增加了施工处治费用，提高了工程造价。而洞口段围岩较差，岩体破碎、松散，节理、构造发育，围岩自稳性能差，需要通过采用管棚、超前锚杆等手段，并进行注浆，通过外界加固手段，来提高围岩的整体强度，这样一来，洞口处治费用就太高，不太经济、合理，加大了进洞的难度和施工风险。

沟谷和山凹，地势较低、地层松软，植被茂密，存在大量无序排列的孔隙与裂隙，地表水会沿着孔隙、裂隙渗入到岩体中，水的存在对岩体的变形失稳有很强的破坏作用，岩体软化，尤其使软弱结构面产生软化、泥化，降低其原有的强度，围岩自稳性也随着强度的降低而降低，开挖后施工困难，需要及时对围岩进行加固，否则难以进洞，增加了施工难度和工程投资，延长了施工工期，既不安全，也不经济、合理。洞口开挖，山体稳定平衡被打破，孔隙水、裂隙水在不同岩体接触面上起到了润滑作用，更容易引起塌方，甚至不能进洞，容易引发安全事故。

对于雨水充沛的地方来说，沟谷和山凹常常是聚水、汇水之处。水的出现，为施工带来极大的不便，必须对水患进行“截水、排水、堵水和防水”处理，从而增加了隧道的整体造价。水给隧道带来的另外一个致命影响是洞口段衬砌混凝土开裂、钢筋锈蚀等问题，这不但大大降低了隧道的使用寿命，而且危害公路的运营安全，情况严重的，甚至会使隧道失去使用价值，给国民经济带来巨大损失。

洞口高程应在计算洪水位以上至少0.5 m，一方面是避免洪水倒灌，淹没隧道中行使的车辆，造成重大伤亡和事故;另外一方面，隧道中的消防、监控、照明系统都在衬砌中预埋着各种管线，洪水进洞后造成上述系统短路，且不说维修困难，行车安全都难以保证;第三，洪水进洞后，隧道的拱脚长时间浸泡在水中，很容易造成失稳，严重影响着隧道的结构安全。

4)洞口位置应结合洞外边坡、仰坡开挖高度、弃渣、施工场地及地物等因素综合考虑。公路隧道一般修建在大山深处，地势陡峭、狭窄，隧道边坡、仰坡的开挖过高，山体开挖面将暴露过多，对山体的扰动也将增大，容易出现塌方，增加了进洞施工的难度，需要对边坡、仰坡和洞口段围岩进行必要的加固处治，才能安全进洞。隧道施工由不同工种、多个工序衔接而成，是一个循序渐进的过程，好多工序需要在洞外进行，需要一定的场地，用来堆放施工材料、材料加工、停放施工机械、安排施工人员生产生活。隧道开挖带来的震动，将会影响洞口附近的地上和地下建筑物的结构安全，需要采取必要的防范措施。而隧道施工不可避免的要有弃渣，尤其是长大隧道的弃渣数量巨大，洞口位置的选择不但影响着弃渣运距长短，而且影响着工程造价和施工效益。

洞口虽然在隧道施工建设中占的比重很小，但其特殊性对隧道建设的影响很大。洞口位置的选择需要考虑地质、地形、地物、施工、环境等多个因素综合分析确定，因此要求我们隧道工程技术人员从项目实际出发，充分考虑经济、工程施工难易程度，合理选择确定洞口位置。

［1］JTG/T D70-2010，公路隧道设计细则［S］.

［2］JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］.